DE2627437C3

DE2627437C3 - Quadrophoniesystem für kopfbezogene Vierkanalstereophonie mit Lautsprecherwiedergabe

Info

Publication number: DE2627437C3
Application number: DE2627437A
Authority: DE
Inventors: Mitsuru Yokohama Kanagawa Kikuchi; Fumio Maruyama; Toshinori Mori
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1982-02-11
Also published as: US4060696A; DE2627437B2; DE2627437A1

Description

Lfsp	= T	*O\\ O\l*	-I	Lfs

Rfsp	Ö21 O₁₂		Rfs

umsetzt, wobei T eine Verzögerungszeit und an, ai₂ sowie 321,te akustische Übertragungskennwerte der Übertragungsstrecke zwischen dem linken bzw. rechten vorderen Lautsprecher und jeweils dem linken bzw. rechten Ohr eines Zuhörers bezeichnen, und durch eine zweite Unterdrückungsschaltung (10/) zur Unterdrückung akustischen Übersprechens, die mit der den hinteren Lautsprechern (Hr, 12/·) zugeordneten Mikrophonanordnung (Ir bzw. Ic) verbunden ist und deren Mikrophonsignale (Lrs, Rrs) in hintere binaurale Signale (Lrsp, Rrsp) gemäß der Beziehung

Lrsp	= T	l~2i ^22	■1	Lrs

Rrsp			Rrs

umsetzt, wobei bu, bn sowie 621, bn akustische Übertragungskennwerte der Übertragungsstrecke zwischen dem linken bzw. rechten hinteren Lautsprecher und jeweils dem linken bzw. rechten Ohr eines Zuhörers bezeichnen.

2. Quadrophoniesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kopfbezogenen Mikrophonanordnungen (l/J Ir bzw. la, Ic) zur Aufnahme vorderer und hinterer Schallereignisse in der gleichen Blickrichtung angeordnet sind.

3. Quadrophoniesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Mikrophonanordnungen (la, Ic) in gleicher Ausrichtung eine dritte kopfbezogene Mikrophonanordnung (Ib) zur Aufnahme seitlicher Schallereignisse angeordnet und über ein variables Dämpfungsglied (156, 16/>, 176, 18i>J mit der ersten und der zweiten Unterdrückungsschaltung verbunden ist.

4. Quadrophoniesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrophonanordnungen jeweils akustisch voneinander isoliert sind.

5. Quadrophoniesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste

und die zweite Unterdrückungsschaltung jeweils aufweisen:

einen die kopfbezogenen Signale der rechtsseitig angebrachten Mikrophone (3R) erhaltenden und mit den rechtsseitigen Lautsprechern (i2f, 12r) verbundenen rechten Übertragungskanal (19ÄJ mit einem rechtsseitigen Filter (20/? bzw. 30ÄJ,

einen die kopfbezogenen Signale der linksseitig angebrachten Mikrophone (3LJ erhaltenden und mit den linksseitigen Lautsprechern (Uf, Hr) verbundenen linken Übertragungskanal (19LJ mit einem linksseitigen Filter (2OL bzw. 30LJ,

einen rechtsseitigen Addierer (24R bzw. 34R) mit einem mit dem rechten Übertragungskanal verbundenen und das Ausgangssignal des rechtsseitigen Filters erhaltenden ersten Eingang,

einen linksseitigen Addierer (24L bzw. 34LJ mit einem mit dem linken Übertragungskanal verbundenen und das Ausgangssignal des linksseitigen Filters erhaltenden ersten Eingang, ein in Reihe zwischen den Ausgang des rechtsseitigen Filters und einen zweiten Eingang des linksseitigen Addierers geschaltetes erstes Verzögerungs- und Filterglied (21R, 22R) mit einem ersten Inverter (23ÄJund
ein in Reihe zwischen den Ausgang des linksseiten Filters und einen zweiten Eingang des rechtsseitigen Addierers geschaltetes zweites Verzögerungs- und Filterglied (21Z, 22LJ mit einem zweiten Inverter (23L)
6. Quadrophoniesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verzögerungs- und Filterglied (31R, 32ÄJund der erste Inverter (33Äjin Reihe zwischen den Ausgang des rechtsseitigen Addierers (34ÄJ und den zweiten Eingang des linksseitigen Addierers (34LJ und das zweite Veizögerungs- und Filterglied (31L, 32LJ und der zweite Inverter (33LJ in Reihe zwischen den Ausgang des linksseitigen Addierers (34LJ und den zweiten Eingang des rechtsseitigen Addierers (34R) geschaltet sind.

Die Erfindung betrifft ein Quadrophoniesystem für kopfbezogene Vierkanalstereophonie mit Lautsprecherwiedergabe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten zweikanaligen Tonaufnahmesystemen für kopfbezogene Stereophonie sind meist zwei Mikrophone zur Aufnahme von Schallereignissen jeweils mit zwei entsprechenden, voneinander unabhängigen Übertragungskanälen verbunden, die wiederum mit zwei entsprechenden, voneinander unabhängigen Kopfhörern für die Tonwiedergabe in Verbindung stehen. Hierbei sind die Mikrophone an einem dem menschlichen Kopf in Form und Abmessungen entsprechenden Kunstkopf angebracht, und zwar an Stellen, die der Lage der Ohren entsprechen. Mittels des zweikanaligen Tonwiedergabesystems wird der Zuhörer dann

b5 virtuell in die Position des Kunstkopfes versetzt und erhält aufgrund der direkten Signalübertragung entsprechende räumliche Höreindrücke. Da das Tragen von Kopfhörern mit einer gewissen Unannehmlichkeit

verbunden ist, wird auch bereits in betracht gezogen, eine solche Tonaufnahme unter Verwendung einer zweikanaligen Lautsprecheranordnung wiederzugeben und auf diese Weise den Vorteil der räumlichen Höreindrücke der Zweikanalstereophonie auszunutzen. "> Bei einer solchen Wiedergabe wird ein Stereophonie-Signalpaar gewöhnlich von zwei Lautsprechern wiedergegeben, die rechts und links vor einem Zuhörer angeordnet sind. Der Zuhörer empfängt hierbei jedoch aufgrund einer am Kopf auftretenden Schallbeugung i< > zum Beispiel mit seinem ünken Ohr nicht nur das erwünschte Signal vom linken Lautsprecher, sondern auch einen unerwünschten Signalanteil vom rechten Lautsprecher, was als akustisches Übersprechen bezeichnet wird. Dieses akustische Übersprechen kann r> zwar durch eine elektrische Schaltungsanordnung vermieden werden, wie sie zum Beispiel auf den Seiten 1109 bis 1115 der Zeitschrift »The Journal of the Acoustical Society of America«, Vol. 50, '.971, Nr. 4, Teil II, unter dem Titel »Head-Related Two-Channel _ό Stereophony with Loudspeaker Reproduction« vorgeschlagen ist, jedoch ist eine Lautsprecherwiedergabe bei kopfbezogener Zweikanalstereophonie auch insofern problematisch, als die virtuellen Schallquellen nur zwischen den beiden Lautsprechern gebildet werden 2~> können und daher bereits eine geringfügige Kopfbewegung des Zuhörers bei diesem den unerwünschten Eindruck einer Verlagerung der Schallquellen hervorruft

Aus der DE-OS 23 44 259 ist bereits ein Mehrkanalsystern für stereophone Aufnahme und Wiedergabe mittels kopfbezogener Mikrophonanordnungen bekannt, bei dem aufnahmeseitig zumindest zwei kopfbezogene Mikrophonpaare vorgesehen sind, deren Blickrichtungen einen Winkel von 90° einschließen und ji symmetrisch zu einer Hauptblickrichtung verlaufen, während wiedergabeseitig jedem Mikrophon einer von vier, jeweils an den Enden einer quadratischen Fläche angeordenten Lautsprechern zugeordnet ist, wobei sich jeweils zwei einander zugeordnete Lautsprecher diagonal gegenüberliegen. Durch diese Anordnung, die aufnahmeseitig noch durch ein zwischen den beiden erwähnten Mikrophonpaaren in Hauptblickrichtung angeordnetes drittes Mikrophonpaar ergänzt werden kann, soll bei quadrophoner Wiedergabe über die 4> entsprechend den jeweiligen Mikrophonpaaren ebenfalls diagonal zur Hauptblickrichtung angeordneten beiden Lautsprechergruppen eine einwandfreie Vor- und Rückwärtslokalisierung der Hörereignisse gewährleistet und das Mitwandern der Schallquellen bei >n Drehung des Kopfes des Zuhörers verringert werden, was im wesentlichen durch die diagona'e Anordnung der Kunstköpfe bzw. kopfbezogen^n Mikrophone auf der Au:'nahmeseite und der dieser entsprechenden Lautsprecherzuordnung auf der Wiedergabeseite erreicht werden soll. Das bei kopfbezogener Stereophonie mit Lautsprecherwiedergabe aufgrund der Schallbeugung am Kopf des Zuhörers auftretende Problem einer Überkreuzbeschallung bzw. eines akustischen Übersprechens wird hierbei jedoch nicht berücksichtigt. t>o

Dieser nachteiligen Erscheinung, die insbesondere darauf beruht, daß die Signale zum Beispiel der ünken Lautsprecher um den Kopf eines Zuhörers herum auch zum rechten Ohr gelangen und umgekehrt, wird /war in der Literatur durchaus Beachtung geschenkt, jedoch e> > im wesentlichen ausschließlich im Rahmen kopfbezogener Zwcikanalstureophoriie unter Verwendung lediglich eines ein/igen aufnahmeseitigen Kunstkopfes und zweier wiedergabeseitiger Lautsprecher (Acustica, Band 24, 1971, Seiten 222 bis 225). Zwar ist aus »Rundfunktechnische Mitteilungen«, Band 19, 1975, Heft 3, Seiten 126 bis 128, und der damit in engem Zusammenhang stehenden Literaturstelle »radio mcntor electronic«. Band 39, 1973, Heft 11, Seiten 512 bis 514, auch eine mit vier Lautsprechern arbeitende Lautsprecheranordnung zur Wiedergabe der von einer einzigen kopfbezogenen Mikrophonanordnung erhaltenen Kunstkopfsignale bekannt, jedoch handelt es sich hierbei nicht um eine quadrophone, sondern um eine zweikanalige Wiedergabe, bei der für einen optimalen Abhörpunkt die von den jeweiligen vorderen Lautsprechern auf die »falschen« Ohren übersprechenden Signale durch entsprechende Abstrahlung von den jeweils diagonal gegenüberliegenden Lautsprechern unterdrückt werden sollen, wobei die Signalzuführung zu diesen Lautsprechern gegenüber den vorderen Lautsprechern phasenverkehrt, zeitverzögert und mit einer der Kcpfabschattung entsprechenden Frequenzbeeinflussung durch eine einfache Beschattung mit Filtern und Laufzeitgliedern erfolgen soll. Bei dieser zweikanaligen kopfbezogenen Stereophonie werden somit die über die beiden Mikrophonkanäle zugeführten Signalspannungen lediglich auf vier diagonal angeordnete Lautsprecher derart aufgeteilt, daß von jeder Mikraphunsignalspannung eines Kanals über Frequenzfilter und Laufzeitglieder eine weitere Hilfssignalspannung für die jeweils zugehörigen Zusatzlautsprecher abgeleitet wird. Zusätzliche Informationen über die Anordnung der Schallereignisse im Sinne einer vierkanaligen bzw. quadrophonen Aufnahme und Wiedergabe können hierdurch jedoch nicht vermittelt werden. Man trennt sich hierbei nämlich wieder von dem kompromißlosen Konzept, an den Ohren des Zuhörers durch Kompensation die ursprünglichen kopfbezogenen aufgenommenen Signale wieder zu erzeugen und beschränkt sich stattdessen lediglich auf die Wiedergabe der für eine Raum- und Richtungsillusion als wesentlich angesehenen Größen.

Der Erfindung liegt daher die Aulgabe zugrunde, ein Quadrophoniesystem für kopfbezogene Vierkanalstereophonie mit Lautsprecherwiedergabe zu schaffen, bei dem unter weitgehender Unterdrückung des bei vierkanaliger Wiedergabe verstärkt auftretenden akustischen Übersprechens eine insbesondere von Kopfbewegungen eines Zuhörers weitgehend unabhängige Lokalisierung von den ursprünglichen Schallereignissen genau entsprechenden Hörereignissen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Die Erfindung ergibt somit ein für kopfbezogene Vierkanalstereophonie praktisch verwendbares Quadrophoniesystem, bei dem aufgrund der exakten Berücksichtigung sämtlicher relevanter Parameter kein Kompromiß hinsichtlich der originalgetreuen Wiedergabe der kopfbezogen aufgenommenen Schallereignisse eingegangen werden muß, sondern die Morereignisse entsprechend den Schallereignissen vierkanalig unter weitgehender Kompensation des akustischen Übersprechens genau wiedergegeben werden können und dadurch innerhalb eines großen Hörbereiches eine oi iginalgetreue räumliche Schallwiedergabe erzielbar ist.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von

Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild zur Veranschaulichung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips,

Fig.2 ein detailliertes Schaltbild einer Unterdrükkungsschaltung zur Unterdrückung akustischen Übersprechens,

F i g. 3 eine grafische Darstellung des Frequenzgangs des Verzögerungs- und Filtergliedes einer Unterstützungsschaltung gemäß F i g. 2,

Fig.4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Einstellung der variablen Dämpfungsglieder gemäß Fig. 1,

F i g. 5 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.!,

F i g. 6 ein detailliertes Schaltbild einer modifizierten Unterdrückungsschaltung zur Unterdrückung akustischen Übersprechens,

F i g. 7 eine grafische Darstellung des Frequenzgangs der Verzögerungs- und Filterglieder einer Unterdrükkungsschaltung gemäß F i g. 6,

F i g. 8 ein erstes Ausführungsbeispiel des Quadrophoniesystems,

F i g. 9 ein zweites Ausführungsbeispiel des Quadrophoniesystem.¹ und

F i g. 10 eine Weiterbildung des zweiten Ausführungsbeispiels des Quadrophoniesystems.

Zunächst wird unter Bezugnahme auf F i g. 1 das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip näher erläutert. Eine Schallaufnahmeanordnung 1 nimmt binaurale Schallsignale einer (nicht gezeigten) Original-Schallquelle auf. An einem dem menschlichen Kopf in Form und Abmessungen nachgebildeten Kunstkopf 2 sind Mikrophone 3R und 3L an Stellen angebracht die der Lage der Ohren am menschlichen Kopf entsprechen. Die Schallsignale werden mittels Verstärker 4R und 4L verstärkt und über eine erste Unterdrückungsschaltung 10i die sich auch als Kompensator bezeichnen läßt, einem Vierkanal-Umsetzer 5 zugeführt Außerdem werden die verstärkten Signale über eine zweite Unterdrückungsschaltung 1Or, die sich ebenfalls als Kompensator bezeichnen läßt dem Vierkanal-Umsetzer 5 zugeführt Der Vierkanal-Umsetzer 5 kann ein Verstärker, ein Rundfunksender oder -empfänger sowie eine Tonaufzeichnungs- und Tonwiedergabeeinrichtung sein. Vordere Lautsprecher 11/ und 12/sowie hintere Lautsprecher Hr und 12r sind jeweils vor und hinter einem Zuhörer M angeordnet und mit den Ausgängen des Vierkanal-Umsetzers 5 verbunden. Zwei miteinander gekoppelte, einstellbare Dämpfungsglieder 15 und

16 sind zwischen die Ausgänge der Verstärker 4Ä und 4L und die Eingänge der ersten Unterdrückungsschaltung 10/ geschaltet In gleicher Weise sind zwei miteinander gekoppelte, einstellbare Dämpfüngsglieder

17 und 18 zwischen die Verstärkerausgänge und die Eingänge der zweiten Unterdrückungsschaltung 1Or geschaltet Die vorderen Lautsprecher 11/ und 12/ werden hierbei zur Wiedergabe der von dem Kunstkopf 2 befindlichen Original-Schallquellen verwendet während die hinteren Lautsprecher Hr und 12r zur Wiedergabe der hinter dem Kunstkopf 2 befindlichen Original-Schallquellen dienen, wobei sowohl die vorderen als auch die hinteren Übertragungskanäle gleichzeitig zur Wiedergabe der seitlich des Kunstkopfes befindlichen Original-Schallquellen Verwendung finden. Die virtuelle Lokalisierung der ursprünglichen Schallquellen läßt sich unter Bezugnahme auf F i g. 4 erläutern, die in grafischer Form die jeweilige Eingangsverstärkung für die Unterdrückungsschaltungen 10/und 1Or als Funktion der Richtung der Lokalisierung zu dem Zuhörer M veranschaulicht, wobei die Pfeile a, b, cund d die Richtungen zu den jeweiligen Lautsprechern iif, I2f, llrbzw. 12r bezeichnen.

Die virtuelle Lokalisierung der vorderen Schallquelle wird erreicht, indem die Dämpfungsglieder 15 und 16 auf minimale Dämpfung eingestellt werden, so daß das K) Eingangssignal bzw. die Eingangsverstärkung für die Unterdrückungsschaltung 10/ maximal ist, was durch den Bogen der ausgezogenen Kurve zwischen den Pfeilen a und b veranschaulicht ist, während die Dämpfungsglieder 17 und 18 auf maximale Dämpfung eingestellt werden, um das Eingangssignal bzw. die Eingangsverstärkung für die Unterdrückungsschaltung 1Or minimal zu halten, was durch die gestrichelte Kurve bezeichnet ist. Die virtuelle Lokalisierung der hinteren Schallquellen wird erzielt indem die Dämpfungsglieder 17 und 18 auf minimale Dämpfung eingestellt werden, so daß das Eingangssignal bzw. die Eingangsverstärkung für die Unterdrückungsschaltung 1Or maximal ist, was durch den Bogen der gestrichelten Kurve zwischen den Pfeilen c und d veranschaulicht ist, während die Dämpfungsglieder 15 und 16 auf maximale Dämpfung eingestellt werden, so daß das Eingangssignal bzw. die Eingangsverstärkung für die Unterdrückungsschaltung 10/ minimal ist, was durch die ausgezogene Kurve bezeichnet ist Zur virtuellen Lokalisierung einer seitlich

jo des Kunstkopfes in einer durch den Pfeil e bezeichneten Richtung gelegenen Schallquelle werden die Dämpfungsglieder 15 bis 18 derart eingestellt, wie es sich aus dem Verhältnis der Abschnitte auf der Linie e ergibt, die von den Schnittpunkten der ausgezogenen und der gestrichelten Kurve mit der Linie e bestimmt werden. In dem dargestellten Fall sind die Dämpfungsglieder 15 und 16 sowie die Dämpfüngsglieder 17 und 18 derart eingestellt daß die jeweilige Eingangsverstärkung für die Unterdrückungsschaltungen 10/ und 1Or 60% bzw. 40% des Maximalwertes oder Maximalpegels betragen. Zur virtuellen Lokalisierung der vorderen Schallquellen erfolgt mittels der Unterdrückungsschaltung 10/ eine Unterdrückung des akustischen Übersprechens aufgrund einer Schallbeugung am Kopf des Zuhörers M, während mittels der Unterdrückungsschaltung 1Or bei der virtuellen Lokalisierung der hinteren Schallquellen eine Unterdrückung das akustischen Übersprechens aufgrund einer Schallbeugung hinter dem Kopf des Zuhörers erfolgt

Die von den Ohren des Zuhörers M jeweils aufgenommenen rechten und linken Schallsignale lassen sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

Le	= A -	Up

Re	Rsp

(D

wobei Le und Re die Schallsignalwerte oder -pegel am linken bzw. rechten Ohr des Zuhörers M, Lsp und Rsp die Signalwerte oder -pegel am linken Lautsprecher 11/ bzw. rechten Lautsprecher 12/ sind und A durch die folgende Gleichung gegeben ist:

A =

an

(2)

Ι,ψ

Rsp

= T- Α~

Ls

Rs

(3)

Hierbei bezeichnet 7~eine Verzögerungszeit und A~^{ die zu der Matrix A reziproke Matrix. Durch Einsetzen von Gleichung 3 in Gleichung 1 ergeben sich die Signale Le und /?ezu

Le

Re

= A -T-

Ls	= T-	Ls

Rs	Rs

(4)

Gleichung 4 besagt, daß die von den Ohren des Zuhörers Malgenommenen Signale diejenigen Signale sind, die an den Ohren des Kunstkopfes 2 aufgenommen und um die Zeit Fverzögert sind, falls dies entsprechend Gleichung 3 erfolgt. Der Umsetzungskoeffizient T · A-' läßt sich ausdrücken durch:

^a\\ "«22 ~O\2 '

"22

(5)

In F i g. 2 ist die erste Unterdrückungsschaltung 10/ bzw. die zweite Unterdrückungsschaltung 1Or dargestellt, die jeweils einen rechten Obertragungskanal 19/7, der mit dem Ausgang des Verstärkers 4/7 über einen Eingang 8 und mit einem Eingang des Vierkanal-Umsetzers 5 über einen Ausgang 13 verbunden ist, sowie einen linken Übertragungskanal 19L aufweisen, der mit dem Ausgang des Verstärkers 4L über einen Eingang 9 und einem Eingang des Vierkanal-Umsetzers 5 über einen Ausgang 14 verbunden ist

Ein Filter 20/7 mit einer Durchlaßkennlinie

Hierbei ist an ein Übertragungskoeffizient, der die Schallübertragung vom Lautsprecher 11/ zum linken Ohr des Zuhörers bezeichnet, a₎₂ ein Übertragungskoeffizient, der die Schallübertragung vom Lautsprecher 12/ zum linken Ohr des Zuhörers bezeichnet, a₂i ein Übertragungskoeffizient, der die Schallübertragung vom Lautsprecher 11/zum rechten Ohr des Zuhörers bezeichnet, und a₂₂ ein Übertragungskoeffizient, der die Schallübertragung vom Lautsprecher 12/zum rechten Ohr des Zuhörers bezeichnet. ι ο

Zwischen den Signalen Lsp und Rsp besteht die folgende Beziehung wobei mit L· und Rs die von den Verstärkern 4L und 4/7 abgegebenen Signale bezeichnet sind:

15

20

"ι ι * "22 "12 * "21

befindet sich in dem rechten Übertragungskanal 19/7, und ein Filter 2OL mit einer Durchlaßkennlinie

on

-Oi₂ Ό₂ι

befindet sich im linken Übertragungskanal 19L Die Bezugszahl 21Λ bezeichnet ein Verzögerungsglied und die Bezugszahl 22R ein Filter, mit deren Hufe das Signal im rechten Übertragungskanal i9R eine Dämpfung um den Faktor a^/an erfährt Das Verzögerungsglied 21Ä und das Filter 22/7 liegen zusammmen mit einem Inverter 23R in Form einer Reihenschaltung zwischen dem Ausgang des Filters 7OR und einem Eingang eines Addierers 24L, der sich im linken Übertragungskanal 19L befindet In gleicher Weise wird das Ausgangssignal des Filters 2OL um den Faktor 321/3» mitteis einer Reihenschaltung eines Verzögerungsgliedes 21L und eines Filters 22L gedämpft, die mit dem Ausgang des Filters 2OL und über einen Inverter 23L mit einem Eingang eines Addierers 24/? verbunden ist, der sich in dem rechten Übertragungskanal 19/7 berindet. Das Ausgangssignal des Filters 2OR wird direkt dem anderen Eingang des Addierers 24/7 zugeführt, so daß die beiden Eingangsspannungen addiert und ein Ausgangssignal Rsp gebildet wird das durch folgende Gleichung gegeben ist:

Rsp =

Oll " O₂₂ -0|₂ · O₂,

Rs

In gleicher Weise wird das Ausgangssignal des Filters 2OL direkt dem anderen Eingang des Addierers 24L zugeführt, so daß der Addierer 24L ein Ausgangssignal Lsp abgibt, das durch die Gleichung

25 Lsp =

0\\ · O₂₂ -

Ls

gegeben ist.

Die durch die Gleichungen 6 und 7 bezeichneten Ausgangssignale des rechten bzw. linken Übertragungskanals werden dem Vierkanal-Umsetzer 5 zugeführt und gelangen gegebenenfalls anschließend zu einem rechten vorderen Lautsprecher 12/bzw. einem linken vorderen Lautsprecher 11/! In den F i g. 3A und 3B sind die Durchlaßkennlinie bzw. der Frequenzgang des Filters 20/7 sowie die zusammengefaßte Kennlinie des Verzögerungsgliedes 21/7 und des Filters 22/7 dargestellt, wobei vorausgesetzt ist, daß die Achsen der Ausbreitung der von dem vorderen linken Lautsprecher 11/ und dem vorderen rechten Lautsprecher 12/ abgegebenen Schallwellen jeweils zur Senkrechten einen Winkel von 45 Grad bilden und der Zuhörer Mim Scheitelpunkt eines Dreiecks sitzt, das von den die Lautsprecher 11/ und 12/ sowie den Zuhörer M verbindenden Linien gebildet ist Wenn der Zuhörer M in jeweils gleichem Abstand von den Lautsprechern 11/ und 12/sitzt weisen die Übertragungskoeffizienten au und 3₂2 im wesentlichen gleiche Werte auf, und auch die Ubertragungsköeffizienten ai₂ und a₂t haben im wesentlichen den gleichen Betrag. Es können daher ähnliche Durchlaßkennlinien bzw. Frequenzgänge für das Filter 2OL sowie das Verzögerungsglied 2iL und das Fiiter 22L erhalten werden (die Kurven gemäß den F i g. 3A und 3B wurden für eine Verzögerungszeit von 0,4 Millisekunden fiber das gesamte Frequenzspektrum erhalten).

Die virtuelle Lokalisierung der vorderen Schallquel len wird daher erzielt indem die Signale Rs und Ls über die erste Unterdrückungsschaltung 10/ übertragen werden, während die von der zweiten Unterdrückungs schaltung 1Or zu fibertragenden Signale unterdrückt werden, so daß die aufgrund der übertragenen Signale Rsp und Lsp von den Lautsprechern 12/ und 11/ abgegebenen Schallwellen eine binaurale Wirkung erzielen, als befände sich der Zuhörer M in der Position des Kunstkopfes 2. Die virtuelle Lokalisierung der hinteren Schallquellen, die sich hinter dem Kunstkopf 2

befinden, wird ebenso erzielt, nämlich indem die hintere Unterdrückungsschaltung 10r die Signale Rs und Ls überträgt, während die von der vorderen Unterdrükkungsschaltung 10f zu übertragenden Signale unterdrückt werden, was zu dem Ergebnis führt, daß die von > den hinteren Lautsprechern Hr und 12r abgegebenen Schallwellen dem Zuhörer M den gleichen binauralen Eindruck vermitteln als befände er sich in der Position des Kunstkopfes 2. In der Fig.4 veranschaulicht die ausgezogene Kurve einen Schallpegel, der gemessen in wird, wenn sich die virtuellen Schallquellen vor dem Zuhörer M befinden, während die gestrichelte Kurve einen Schallpegel bezeichnet, der gemessen wird, wenn die virtuellen Schallquellen sich hinter dem Zuhörer befinden, wobei mit »M« die Position des Zuhörers und ι "> mit »a« und »ix< die Linien bezeichnet sind, die jeweils den vorderen linken und den hinteren rechten Lautsprecher sowie den vorderen rechten und den hinteren linken Lautsprecher miteinander verbinden.

Hinsichtlich des Blockschaltbildes gemäß F i g. 1 ist es >o außerdem von Bedeutung, daß die vorderen und hinteren Original-Schallquellen unabhängig voneinander jeweils einzeln lokalisiert werden, d. h. nicht gleichzeitig vorhanden sind.

Die Dämpfungsglieder 15 bis 18 können auch 2> zwischen die Ausgänge der Unterdrückungsschaltungen 10 und die Eingänge des Vierkanal-Umsetzers 5 geschaltet werden, wie dies in F i g. 5 veranschaulicht ist. In diesem Fall findet anstelle der beiden Unterdrukkungsschaltungen zur Umsetzung bzw. Kompensation jo der vorderen und hinteren binauralen Signale lediglich eine einzige Unterdrückungsschaltung 10 zur Umsetzung der binauralen Signale /?sund Ls Verwendung.

In Fig.6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Unterdrückungsschaltung 10 veranschaulicht, deren J5 Signale sich folgendermaßen herleiten lassen:

Aus Gleichung 1 sind die Signale Lsp und Rsp gegeben durch

, 1 . Q₂₂

Lsp = — Le - —,

Rsp = -L Re- Sl Lsp an a₁₂

(8)

AO

45

Die Bedingungen, die vorliegen müssen, damit Le = Ls und Re = Äs sind, können durch Einsetzen von Ls und Äs anstelle von Le und Re in Gleichung 8 erhalten werden, wodurch sich ergibt:

l.sp -^- Ls - — Rsp

Rsp - — Rs- ^-Lsp

"22 «22

(9)

55

Gemäß F i g. 6 weist die Unterdrückungsschaltung 10 zwei Obertragungskanäle 19Ä und 19L auf, wie bereits in Verbindung mit F i g. 2 beschrieben ist. Ein Filter 30/? mit einer Durchlaßkennlinie oder einem Frequenzgang 1/&22 befindet sich in dem rechten Übertragungskanal 19«, während sich ein Filter 3OL mit einer Durchlaßkennlinie oder einem Frequenzgang l/au in dem linken Übertragungskanal 19L befindet Außerdem sind Addierer 34/7und 34L jeweils in den rechten bzw. linken Übertragungskanal geschaltet Eine erste Kompensationsrückkopplung 35 ist zwischen dem Ausgang des Addierers 34/? und einem Eingang des Addierers 34L vorgesehen, während eine zweite Kompensationsrückkopplung 36 zwischen dem Ausgang des Addierers 34L und einem Eingang des Addierers 34L vorgesehen ist. Die erste Kompensationsrückkopplung 35 weist ein Filter 31R₁ ein Verzögerungsglied 32/? und einen Inverter 33/? auf, die sämtlich in Reihe geschaltet sind. Das Filter 31/? und das Verzögerungsglied 32/? weisen zusammen eine Durchlaßkennlinie bzw. einen Frequenzgang a\ila\\ auf, so daß der Addierer 34L ein Ausgangssignal Rsp abgibt, das der Gleichung 9 genügt. In gleicher Weise weist die zweite Kompensationsriickkopplung 36 ein Filter 31L, ein Verzögerungsglied 32L und einen Inverter 33L auf, die sämtlich in Reihe geschaltet sind, so daß ein Signal Lsp am Ausgang des Addierers 34/. gebildet wird, das ebenfalls der Gleichung 9 genügt. In der Praxis werden die Filter 30/? und 3OL realisiert, indem die Verzögerungszeit T einbezogen wird, so daß ihre Kennlinien bzw. Frequenzgänge dann TZa_n bzw. T/822 sind. Fig.7 veranschaulicht die Durchlaßkennlinien bzw. Frequenzgänge der Filter 30/? und 3OL unter der Annahme, daß der Zuhörer M sich in jeweils gleichen Abständen zu den in Betracht kommenden Lautsprechern (den vorderen oder hinteren Lautsprechern) befindet, wobei die Richtung der Schallwellenausbreitung zu dem Zuhörer in der bereits beschriebenen Weise verläuft

In Fig.8 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Quadrophoniesystems veranschaulicht, das eine vordere Schallaufnahmeanordnung la, eine seitliche Schallaufnahmeanordnung 1 Z> und eine hintere Schallaufnahmeanordnung 1 c aufweist, die jeweils der Schallaufnahmeanordnung gemäß F i g. 1 gleichen, jedoch mit der Ausnahme, daß Trennverstärker 51 bis 54 zwischen die Dämpfungsglieder 15 bis 18 und die Eingänge der Unterdrückungsschaltungen 10/und 1Or geschaltet sind, und daß die Ausgänge der Trennverstärker mit der gleichen Bezugszahl gemeinsam mit der entsprechenden jeweiligen Unterdrückungsschaltung verbunden sind, um eine gleichzeitige Aufnahme verschiedener Schallquellen zu ermöglichen. Vor dem Kunstkopf 2 der vorderen Schallaufnahmeanordnung la befinden sich vordere Schallquellen S\_a, Sza und 53a während sich links neber dem Kunstkopf der Schallaufnahmeanordnung \b eine seitliche Schallquelle S\t> und hinter dem Kunstkopf der hinteren Schallaufnahmeanordnung Ic hintere Schallquellen Si_n S₂C und Si_c befinden. Die Schallaufnahmeanordnungen sind durch Trennwände 40 und 41 akustisch voneinander isoliert, wie in der Figur schematisch dargestellt ist Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.8 werden Dämpfungsglieder 15a und 16a derart eingestellt daß sich eine maximale Eingangsverstärkung für die Unterdrückungsschaltung 10/ ergibt während Dämpfungsglieder 17a und 18a derart eingestellt werden, daß sich für die Unterdrückungsschaltung 1Or eine minimale Eingangsverstärkung ergibt In ähnlicher Weise werden Dämpfungsglieder 17c und 18c zur Erzielung einer maximalen Eingangsverstärkung für die Unterdrückungsschaltung 1Or eingestellt während in diesem Falle Dämpfungsglieder 15c und 16c derart eingestellt werden, daß sich für die Unterdrückungsschaltung 10/eine minimale Eingangsverstärkung ergibt Wenn die vorderen und hinteren Schallquellen den Schallaufnahmeanordnungen la bzw. Ic dauernd zugeordnet sind, sind jedoch die Dämpfungsglieder 15a bis 18a und 15c bis 18c sowie die Trennverstärker 53a, 54a, 51a und 52c entbehrlich. Die

Dämpfungsglieder I5b bis 18/> werden in der bereits vorstehend in Verbindung mit Fig.4 beschriebenen Weise eingestellt. Die Unterdrückungsschaltung 10/ erhält daher die die vorderen Komponenten des Gesamtsignals darstellenden binauralen Signale über die Trennverstärker 51a, 52a sowie 5ib und 52b, während die Unterdrückungsschaltung 1Or die die hinteren Komponenten des Gesamtsignals darstellenden binauralen Signale über die Trennverstärker 53b, 54b sowie 53c und 54c erhält Sämtliche, von den Unterdrückungsschaltungen weitergeleiteten binauralen Signale werden von dem Vierkanal-Umsetzer 5 in bekannter Weise aufgezeichnet oder aber über eine Nachrichtenübertragungseinrichtung einem Empfänger zugeführt, mit dem die Lautsprecher 11/ bis 12r verbunden sind.

In Fig.9 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Quadrophoniesystems veranschau'.icht, das eine vordere Schallaufnahmeanordnung l/sowie eine hintere Schallaufnahmeanordnung Ir aufweist, welche in einem bestimmten Abstand hinter der vorderen Schallaufnahmeanordnung 1/ im gleichen Schallbereich oder Schallfeld angeordnet ist Jede der beiden Schallaufnahmeanordnungen weist einen Kunstkopf 2 auf, an dem wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel jeweils ein rechtes Mikrofon 3R und ein linkes Mikrofon 3L angebracht sind- Die Kunstköpfe 2 der beiden Schallaufnahmeanordnungen haben gleiche Formen und Abmessungen und sind in gleicher Höhe über dem Boden angebracht, wobei die Gesichter der beiden Kunstköpfe in die gleiche Richtung weisen und mit der Nase genau entlang einer linie »1« ausgerichtet sind, welche mitten durch die beiden Kunstköpfe verläuft und diese teilt Die vordere Schallaufnahmeanordnung 1/ wird hauptsächlich zur Aufnahme von Schallsignalen aus vorderen, d. h. vor den Kunstköpfen angeordneten Schallquellen verwendet und speist die vorderen Lautsprecher 11/ und 12/ über die erste Unterdrückungsschaltung 10/ und den Vierkanal-Umsetzer 5, während die hintere Schallaufnahmeanordnung Ir hauptsächlich Signale von Schallquellen aufnimmt, -) die hinter der hinteren Schallaufnahmeanordnung Ir angeordnet sind, und die hinteren Lautsprecher Hr und 12r über die zweite Unterdrückungsschaltung 1Or und den Vierkanal-Umsetzer 5 speist. Verstärker 4/7? und 4/Z. sind zwischen die Mikrofone 37? und 3L der

ίο vorderen Schallaufnahmeanordnung l/und die Eingänge der Unterdrückungsschaltung 10/geschaltet, um die vorderen binauralen Signale zu verstärken. In gleicher Weise sind Verstärker ArR und 4rL zwischen die Mikrofone 3R und 3 L der hinteren Schallaufnahmean-Ordnung Ir und die Eingänge der zweiten Unterdrükkungsschaltung 1Or geschaltet, um die hinteren binauralen Signale zu verstärken. Die aufgrund der vorderen und hinteren Schallquellen erzielten vorderen und hinteren binauralen Effekte werden auf diese Weise über vordere und hintere Übertragungskanäle wiedergegeben. Fails eine seitlich gelegene Schallquelle vorhanden ist, wird diese ebenfalls durch die vordere Schallaufnahmeanordnung l/und die hintere Schallaufnahmeanordnung lrerfaßt bzw. aufgenommen und über

2") entsprechende Übertragungskanäle wiedergegeben.

Zwischen der vorderen und der hinteren Schallaufnahmeanordnung kann eine Trennwand 60 vorgesehen werden, wie dies in Fig. 10 veranschaulicht ist. Die Trennwand 60 hat die Wirkung, daß in einem gewissen

jo Umfang eine Isolation bzw. Trennung der vorderen von den hintern Schallquellen erfolgt, so daß der Zuhörer M in der Lage ist, deutlicher zwischen den einzelnen Schallquellen zu unterscheiden. Die Kunstköpfe 2 sind vorzugsweise mit Ohrmuscheln versehen, da hierdurch

r> die Unterscheidungsmöglichkeit zwischen den vorderen und den hinteren Schallquellen verbessert wird.

Hierzu ."5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Quadrophoniesystem für kopfbezogene Vierkanalstereophonie mit Lautsprecherwiedergabe, bei dem aufnahmeseitig an zwei in einer Hauptblickrichtung ausgerichteten Kunstköpfen jeweils eine Mikrophonanordnung angebracht ist und wiedergabeseitig jeweils vor und hinter einem oder mehreren Zuhörern zwei, jeweils einer kopfbezogenen Mikrophonanordnung der Aufnahmeseite zugeordnete Lautsprecher angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine erste Unterdrückungsschaltung (10/Jzur Unterdrückung akustischen Übersprechens, die mit der den vorderen Lautsprechern (Uf₁ \2f) zugeordneten Mikrophonanordnung (1/ bzw. la) verbunden ist und deren Mikrophonsignale (Lfs, Rfs) in vordere binaurale Signale (Lfsp, Rfsp) gemäß der Beziehung